зависит от относительной упорядоченности центров рассеяния. В той степени, в какой магнитное поле влияет на эту упорядочен ность, оно может повлиять также на процесс рассеяния энергии и на все связанные с ним явления.
Свет, образуемый рассеянными лучами, называют диффуз ным.
9.18. НЕМАТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ
Нематические кристаллы — это подвижные нитевидные струк туры, способные упорядочивать свои ориентации под воздейст вием внешнего магнитного поля. У жидкости, содержащей такие кристаллы, одна оптическая ось совпадает с направлением маг нитного поля, а другие оптические оси не совпадают. Вдоль оптической оси, образовавшейся под влиянием магнитного поля, рассеяние света минимально, а пропускание максимально. По всем другим направлениям, как и при отсутствии внешнего маг нитного поля, рассеяние достигает своего максимума.
9.19. ИЗМЕНЕНИЕ УГЛА ПОЛЯРИЗАЦИИ
Электромагнитное излучение при прохождении через диэлект рические вещества испытывает определенные изменения. Изме няется скорость его распространения, и некоторое количество энергии поглощается в виде тепла. Это поглощение является следствием возрастания тепловой активности молекулярной структуры вещества. Разброс направлений скорости частиц, за висящий от частоты излучения, обусловливает явление бифрингенции, которое уже обсуждалось в связи с преломлением.
В дополнение к преломлению и тепловым потерям, при про хождении плоскополяризованной волны через некоторые мате риалы происходит поворот плоскости ее поляризации. Угол по ворота также является функцией частоты излучения, причем мерой изменения угла поляризации служит аллогироскопическое двойное лучепреломление.
При эффекте Араго угол поляризации изменяется на величину, характерную для данного вещества и пропорциональную рас стоянию, которое волна проходит в веществе. При эффекте Био угол поворота плоскости поляризации пропорционален количеству активного вещества, растворенного в неактивном растворителе. Закон Бера утверждает, что высокий столб пара обладает такой же способностью поворачивать плоскость поляризации, как и более низкий столб, образуемый этим же паром в результате конденсации.
Изменение угла поляризации излучения в кристаллических структурах является довольно сложным процессом. В веществе с двойным лучепреломлением, на которое воздействует плоскополяризованный монохроматический пучок энергии, эта энергия
передается в виде двух плоскополяризованных пучков. Углы ориентации их плоскостей поляризации определяются молеку лярной структурой вещества, причем эти плоскости взаимно пер пендикулярны. После выхода из вещества с двойным лучепрелом лением два указанных пучка вновь объединяются в единый пучок, который, однако, может чрезвычайно сильно отличаться от первичного пучка.
Вещества с двойным лучепреломлением характеризуются раз личными поглощательными способностями и различными скоро стями распространения для излучений с разными направлениями и разными углами поляризации.
Если тело из вещества с двойным лучепреломлением повер нуть вокруг его оси двойного лучепреломления и в плоскости, параллельной этой оси, то характеристики переноса энергии из менятся. Можно создать такие условия падения поляризованной энергии на вещество с двойным лучепреломлением, что плоскость поляризации падающей энергии будет ориентирована под углом 45° к плоскостям поляризации распространяющихся в веществе пучков. Тогда эти два плоскополяризованных пучка на выходе из вещества будут иметь фазовые углы, зависящие как от скоростей распространения двух пучков, так и от толщины слоя вещества. Тем не менее их плоскости поляризации остаются на выходе из вещества теми же самыми, что и на входе в него.
Когда слой вещества с двойным лучепреломлением имеет такую толщину, что соотношение между фазами прошедших через него плоскополяризованных волн изменяется на 180°, эти волны объединяются в плоскополяризованную волну, у которой плоскость поляризации повернута на 90° относительно плоскости поляризации падающей волны. Кристалл с такой толщиной называется пластинкой в полдлины волны. При любой другой толщине кристалла прошедшее через него излучение восстанав ливается в виде волны с эллиптической поляризацией, которая приближается к круговой поляризации, если толщина кристалла равна кратному от значения четверти длины волны.
Вследствие того что синий свет имеет длину волны, равную приблизительно половине длины волны красного света, пластинка в полдлины волны для синего света приблизительно совпадает с пластинкой в четверть длины волны для красного света. Таким образом, синее излучение после прохождения через такую плас тинку представляет собой плоскополяризованную волну, тогда как красное излучение — волну с круговой поляризацией. По скольку плоскополяризованные волны легко «запираются» плас тинками с поперечной поляризацией, сочетание красного и синего излучений при плоской поляризации может превратиться на выходе «системы» в красную волну с круговой поляризацией. Такая комбинация волн с плоской и круговой поляризациями, выходящих из веществ с двойным лучепреломлением, является
одним из факторов, обусловливающих образование цветных ин терференционных полос в поляризованном излучении. Другой механизм образования таких полос — это аллогироскопическое двойное лучепреломление, связанное с изменением угла поля ризации в зависимости от частоты излучения.
9.20. ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ
Изменение угла поляризации плоскополяризованной волны, вызванное ее прохождением через твердый диэлектрик, который предварительно намагничен в направлении распространения вол ны, называется эффектом Фарадея (это явление иллюстрируется на рис. 9.5). То же самое явление, наблюдаемое в жидких и газообразных диэлектриках, получило название эффекта Кундта. Электрооптический эффект Керра — это аналогичное явление, которое наблюдается, однако, при поляризации диэлектрика под действием электрического, а не магнитного поля. Все эти явления фактически представляют собой разновидности основного эффекта Араго, в котором способность вращать угол поляризации волны является одним из свойств, присущих самому веществу. В рас смотренных здесь эффектах, однако, свойства вещества изме няются под влиянием приложенного поля, магнитного или элект рического.
Плоскополяризованную волну можно представить как резуль тат сложения двух волн с круговой поляризацией и с противо положными направлениями вращения. Когда плоскополяризованная волна проходит через диэлектрик, то две ее компоненты, имеющие противоположные направления вращения, могут попа дать под влияние разных условий. Если одна из компонент в большей степени подвержена влиянию условий своего распрост ранения, чем другая компонента, то после восстановления плос кополяризованной волны оказываются измененными как ее ампли туда, так и угол поляризации.
Эффект Фарадея является следствием взаимодействия между электромагнитной энергией и магнитными свойствами структуры
Рис. 9.5. Эффект Фарадея. Угол поляризации плоскополяризо ванной волны изменяется, когда она проходит через намагничен ный диэлектрик
вещества. Поскольку диэлектрические вещества могут быть диа магнитными, парамагнитными, ферримагнитными или антиферримагнитными, механизмы возникновения эффекта Фарадея у этих веществ несколько различаются. Таким образом, эффект Фара дея можно подразделить на типы в соответствии с указанными типами диэлектриков.
Магнетоны некоторых диэлектриков можно упорядочить по ориентациям воздействием внешнего магнитного поля и возбу дить их прецессию. В данном случае соотношение между на правлениями прецессии и магнитного поля обладает тензорными свойствами. Если прецессия происходит по часовой стрелке при наблюдении в направлении поля, то при наблюдении в направ лении, противоположном полю, она будет происходить против часовой стрелки и будет отсутствовать при наблюдении в любом направлении, перпендикулярном полю.
Прецессия магнетонов может быть возбуждена при взаимо действии с электромагнитными полями. Такое возбуждение опи сывается характеристиками, отражающими частоту изменения величины во времени и направление в пространстве. Поглощение электромагнитной энергии поляризованным диэлектриком зави сит как от направления плоскополяризованной волны по отно шению к направлению приложенного магнитного поля, так и от частоты этой волны по отношению к частоте прецессии магнето нов. Если энергия и вещество взаимодействуют, возбуждая прецессию, то значительно большая часть этой энергии превра щается в тепло и меньшая проходит через вещество, по срав нению с условиями, когда прецессия не возбуждается.
В случае, когда одна из компонент с круговой поляризацией, образующих плоскополяризованную волну, возбуждает прецес сию, а другая не возбуждает, эти компоненты будут распрост раняться в веществе с разными скоростями, и угол поляризации плоскополяризованной волны изменится из-за разности скоростей компонент. Это изменение будет зависеть от различия в интен сивностях взаимодействия компонент волны с прецессирующими магнетонами.
Угол поворота плоскополяризованного пучка пропорционален длине пути, проходимого им в диэлектрике, напряженности упорядочивающего магнетоны поля, косинусу угла между на правлением магнитного поля и плоскостью поляризации пучка, а также постоянной Верде.
Постоянная Верде определяется типом вещества, температурой и частотой энергии излучения. Ее значение приблизительно пропорционально квадрату частоты.
Поскольку на упорядочение ориентаций магнетонов в соот ветствии с приложенным полем затрачивается определенное вре мя, между моментом приложения внешнего поля и возникнове нием эффекта Фарадея имеется временная задержка.
Эффект Фарадея можно наблюдать в прозрачных веществах на частотах видимого света, если возбуждена прецессия пара магнитных магнетонов. В ферритах можно вызвать прецессию ферримагнитных магнетонов на микроволновых частотах.
9.21. ИЗОЛЯЦИЯ ФАРАДЕЯ
Микроволновый изолятор исключает отражение энергии в микроволновых цепях, пропуская электромагнитную энергию в одном направлении и не пропуская в противоположном. Явление изоляции Фарадея иллюстрируется на рис. 9.6.
В изоляторе Фарадея осуществляется изменение угла поляри зации передаваемой энергии на 45° при помощи тела, изготовлен ного из намагниченного феррита. Любое отражение этой энергии приобретает дополнительный поворот на 45°, возвратившись че рез феррит в противоположном направлении. После двукратного прохождения через ферритовое тело такие отражения имеют угол поляризации, измененный на 90° относительно угла передаваемой энергии, и могут быть избирательно поглощены благодаря раз ности углов поляризации, причем это не влияет на передаваемую волну.
Рис. 9.6. Изолятор Фарадея. Угол поляризации плоскополяризованной волны может измениться на 45° в результате прохождения через намагниченное ди электрическое тело соответствующей формы
Поскольку изменение угла поляризации зависит от частоты прецессии магнетонов, описанный изолятор представляет собой прибор, обладающий чувствительностью к частоте. Частота пре цессии определяется напряженностью внешнего поля, упорядо чивающего ориентацию магнетонов, поэтому такой прибор можно настроить для работы на заданной частоте, соответствующим образом изменив эту напряженность.
9.22. ПОГЛОЩЕНИЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ РЕЗОНАНСА МАГНЕТОНОВ
Все магнетоны, упорядоченные по ориентациям приложенным магнитным полем, прецессируют в одном и том же направ-
150